1908년에 공포된 「고등여학교령」에 의거해 설립된 최초의 관립 중등여학교로, 여성에게 필요한 고등보통교육 및 기예 전수를 목적으로 설립되었다.
1908년 4월 1일 관립 한성고등여학교로 설립되어 초대 교장에 어윤적(魚允迪)이 취임하였다. 당시 순종의 비 순정효황후(純貞孝皇后)는 한성고등여학교에 여성교육을 장려하는 「여성교권학칙어(女性校勸學勅語)」를 내려 여성교육에 대한 관심을 표명하였다. 2년제 예과와 3년제 본과를 설치하여, 5년간의 교육과정을 마친 뒤에 졸업할 수 있었다.
예과는 보통학교 정도의 수업을 실시하여 국어ㆍ산술ㆍ이과(理科: 자연)ㆍ지리ㆍ역사ㆍ수신(修身: 도덕)ㆍ창가ㆍ도화(圖畵: 미술)ㆍ체조 등을 가르쳤다. 본과는 예과를 수료하거나 보통학교를 졸업한 학생이 입학하였으며, 교과목은 수신ㆍ국어ㆍ한문ㆍ지리ㆍ역사ㆍ산술ㆍ이과ㆍ도화ㆍ가사ㆍ재봉ㆍ수예ㆍ음악ㆍ체조 등이었다.
초기에는 본과와 예과 각 1학급씩 설치하였고, 개교 1년 뒤인 1909년에는 본과 90명, 예과 68명으로 증원되었다. 이듬해 8월에는 당시 한성부 서쪽에 있던 교사를 재동 신축 교사(校舍)로 이전하고 1911년 2월 제1회 졸업생 31명을 배출하였다.
1911년 8월에 공포된 「조선교육령」에 따라 관립 경성여자고등보통학교로 개편되었고, 1913년 4월 별과(別科)ㆍ기예과(技藝科)를 신설하였다. 또한 보통학교를 부설함에 따라 재동의 교사를 부속보통학교가 사용하고 관립경성여자고등보통학교는 교동으로 다시 이전하였다.
1914년 사범과를 설치하고, 1919년에는 임시 여자교원양성소를 부설하였다. 1938년 4월 경기고등여학교로 개칭하고, 1945년 10월 서울특별시 중구 정동 구(舊) 경성제일공립여자고등학교 자리로 교사를 이전하고 광복 후 초대 교장에 고황경(高凰京)이 취임하였다.
1947년 6년제 경기여자중학교로 개편되었다가 1952년 「교육법」 개정으로 경기여자중학교와 경기여자고등학교로 분리되었다. 그 뒤 1971년 중학교 평준화 정책으로 경기여자중학교는 폐교되었고, 1974년 방송통신고등학교를 부설하였다. 1988년서울특별시 강남구 개포동 현재의 위치에 교사를 신축하여 이전하였고, 2008년 10월 개교 100주년 기념식을 가졌다.
초대 교장 어윤적은 교육의 목표를 ‘부덕 함양’과 ‘솔선수범’에 두어 신사임당(申師任堂)을 이상형으로 한 현모양처 양성에 주력하였으며, 현재의 교훈인 ‘참되고〔眞〕, 착하고〔善〕, 아름다워라〔美〕’는 1946년에 제정된 것이다.
세계와 소통할 수 있는 능력있는 여성인재의 육성을 교육목표로 해서 학습 멘토링ㆍ튜터링 제도 운영, 통합논술교육 강화 및 다양한 학력인증제 실시, 글로벌 시대에 맞는 체험ㆍ봉사활동 등에 역점을 두고 교육활동을 전개하고 있다.
2007년 서울특별시교육청 지정 교원능력개발평가 선도학교, 2008∼2009년 좋은 학교 만들기 자원학교를 운영하였고, 2007년 과학교육 우수학교, 학교경영 우수학교, 학교평가 우수학교로 표창을 수상하였다.
학생활동으로는 3ㆍ1운동 등 항일운동에 참가하였으며 6ㆍ25전쟁 때에는 위문단을 조직하여 위문활동을 한 바 있다.
체육활동에서는 설립 초기부터 정구부ㆍ농구부ㆍ수영부가 전국대회에서 우수한 성적을 거두면서 많은 국가대표급 선수를 배출하였다. 교내 행사로 민속무용대회ㆍ바자회ㆍ합창경연대회ㆍ생활관실습 등을 열고 있고, 1994년부터는 해마다 ‘자랑스러운 경기인’ 1명을 선정하여 시상하고 있다. 1998년 『경기여고 90년사』, 2009년 『경기여고 100년사』를 발간하였다.
2009년 현재 43학급에 총 1,692명의 학생이 재학하고 있다. 교직원은 100여 명이 재직하고 있고, 97회 졸업생을 거치면서 총 3만 8,000여 명의 졸업생을 배출하였다.